JP4891535B2 - Medical device guidance system - Google Patents
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Description
本発明は体腔内に挿入され、回転させながら推進させて誘導するのに好適な医療装置誘導システムに関する。 The present invention is inserted into a body cavity, relates to a preferred medical device guiding system for guided propelled while being rotated.
回転磁場により被検体内を推進させる従来例として特開2001−179700号公報及び特開2002−187100号公報がある。これらの従来例には、回転磁場を発生する磁場発生部と、この回転磁場を受けて回転して推力を得るロボット本体と、ロボット本体の位置を検出する位置検出部と、この位置検出部が検出したロボット本体の位置に基づき、ロボット本体を目的地へ到達させる方向へ向けるべく磁場発生部による回転磁場の向きを変更する磁場変更手段とを備えた移動可能なマイクロマシンの移動制御システムが開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-179700 and Japanese Patent Laid-Open No. 2002-187100 are conventional examples in which the inside of a subject is propelled by a rotating magnetic field. In these conventional examples, a magnetic field generator that generates a rotating magnetic field, a robot body that receives the rotating magnetic field and rotates to obtain thrust, a position detector that detects the position of the robot body, and a position detector Disclosed is a movable micromachine movement control system comprising magnetic field changing means for changing the direction of a rotating magnetic field by a magnetic field generation unit to direct the robot main body in a direction to reach a destination based on the detected position of the robot main body. ing.
上記従来例では、上記マイクロマシンが壁面に突き当たるなど、マイクロマシンの動作範囲に制限が加わった場合に、スムーズに上記マイクロマシンを旋回させる方法について記述がない。また、上述の従来例では、ドリルで孔を形成しながら進行させるタイプのものであり、体腔内における食道等の管腔臓器内をその管腔に沿って進行させるには適用できない。 In the above-described conventional example, there is no description about a method of smoothly turning the micromachine when there is a restriction on the operation range of the micromachine, such as when the micromachine hits a wall surface. Further, the above-described conventional example is of a type that advances while forming a hole with a drill, and cannot be applied to advance along a lumen in a luminal organ such as an esophagus in a body cavity.
一方、カプセル内視鏡に代表されるカプセル型医療装置が消化管臓器(主に小腸)適用されている。しかしながら、従来のカプセル型医療装置は、被検体である患者の蠕動運動を利用して体腔内を動いていくために、検査に時間がかかる。このため、従来のカプセル型医療装置は、大腸に適用するには電池がもたないという虞れがあった。また、従来のカプセル型医療装置は、蠕動運動に依るため、体腔内の全ての管腔臓器を隈なく観察することが困難である。 On the other hand, a capsule medical device represented by a capsule endoscope is applied to a digestive tract organ (mainly the small intestine). However, since the conventional capsule medical device moves in the body cavity using the peristaltic motion of the patient as the subject, it takes time for the examination. For this reason, there is a concern that the conventional capsule medical device does not have a battery when applied to the large intestine. In addition, since the conventional capsule medical device relies on a peristaltic motion, it is difficult to observe all the luminal organs in the body cavity without any difficulty.
そこで、特開2003−275170号公報に記載されているように、カプセル型医療装置に対して誘導機構を設けてカプセル型医療装置を誘導する医療装置誘導システムが開示されている。
また、特開2004−229922号公報には、螺旋構造部を持ち回転推進するカプセル内視鏡が開示されている。さらに、この特開2004−229922号公報には、螺旋の高さの検討、螺旋のピッチについての検討、螺旋条数についての検討が開示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-229922 discloses a capsule endoscope that has a spiral structure and propells rotation. Furthermore, this Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-229922 discloses examination of the height of the spiral, examination of the pitch of the spiral, and examination of the number of spiral stripes.
しかしながら、上記従来の医療装置誘導システムは、カプセル型医療装置が螺旋状構造部を有しているため、カプセル型医療装置が旋回するためには回転しながら移動しなければならない。即ち、上記従来の医療装置誘導システムは、カプセル型医療装置が移動することなく旋回することができなかった。 However, in the above-described conventional medical device guidance system, since the capsule medical device has a helical structure, the capsule medical device must move while rotating in order to rotate. That is, the conventional medical device guidance system cannot be turned without the capsule medical device moving.
このため、上記従来の医療装置誘導システムは、カプセル型医療装置が管腔臓器の壁面、例えば、大腸内でのハウストラ(結腸膨起)に突き当たってしまうと、前進する方向に力を発生させたまま方向変更を行うことになるため、スムーズに方向変更を行うことが困難となり、ハウストラ以降の観察を行うことが容易にはできなくなってしまう。
また、上記従来のカプセル型医療装置では、螺旋の高さ(直径)と、螺旋間隔の関係について述べられていない。また、推進力についての検討もされていない。
For this reason, the conventional medical device guidance system generates a force in the forward direction when the capsule medical device hits the wall surface of a luminal organ, for example, a house tiger (colon bulge) in the large intestine. Since the direction change is performed as it is, it is difficult to change the direction smoothly, and observation after the house tiger cannot be easily performed.
In the conventional capsule medical device, the relationship between the height (diameter) of the helix and the helix interval is not described. In addition, the propulsive force has not been studied.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、推進コントロール性を向上可能な医療装置誘導システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a medical device guiding system that can improve the propulsion control.
本発明の第1の医療装置誘導システムは、被検体外部から被検体内へ印加するための回転電磁場を発生する回転電磁場発生装置と、前記被検体の体腔内に挿入する医療装置本体と、前記医療装置本体に設け、前記回転電磁場発生装置によって発生した回転電磁場に作用する電磁場応答部と、前記医療装置本体の外表面に設け、前記電磁場応答部によって発生する回転運動を推進力に変換するための螺旋状構造部と、前記回転電磁場発生装置により発生する前記回転電磁場の状態を連続的に変化させるよう前記回転電磁場発生装置を制御する制御装置と、前記回転電磁場発生装置により発生する前記回転電磁場の回転方向を、設定した回転角度毎に入れ換える特定回転電磁場パターン発生部と、を具備したことを特徴とする。
本発明の第2の医療装置誘導システムは、被検体外部から被検体内へ印加するための回転電磁場を発生する回転電磁場発生装置と、前記被検体の体腔内に挿入する医療装置本体と、前記医療装置本体に設け、前記回転電磁場発生装置によって発生した回転電磁場に作用する電磁場応答部と、前記医療装置本体の外表面に設け、前記電磁場応答部によって発生する回転運動を推進力に変換するための螺旋状構造部と、前記回転電磁場発生装置を制御してこの前記回転電磁場発生装置により発生する前記回転電磁場の状態を変化させる制御装置を具備し、前記医療装置本体が前進後退を繰り返す旋回モードを有することを特徴とする。
A first medical device guidance system according to the present invention includes a rotating electromagnetic field generator that generates a rotating electromagnetic field to be applied to the subject from outside the subject, a medical device body that is inserted into a body cavity of the subject, An electromagnetic field response unit that is provided in the medical device main body and acts on the rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generation device, and is provided on the outer surface of the medical device main body to convert the rotational motion generated by the electromagnetic field response unit into a propulsive force. And a control device for controlling the rotating electromagnetic field generator so as to continuously change the state of the rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator, and the rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator. And a specific rotating electromagnetic field pattern generating unit that replaces the rotation direction for each set rotation angle.
A second medical device guidance system according to the present invention includes a rotating electromagnetic field generator that generates a rotating electromagnetic field to be applied to the subject from outside the subject, a medical device body that is inserted into the body cavity of the subject, An electromagnetic field response unit that is provided in the medical device main body and acts on the rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generation device, and is provided on the outer surface of the medical device main body to convert the rotational motion generated by the electromagnetic field response unit into a propulsive force. And a control device that controls the rotating electromagnetic field generator to change the state of the rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator, and the medical device body repeats forward and backward rotation. It is characterized by having.
本発明の医療装置誘導システムは、推進コントロール性を向上できるという効果がある。 Medical device guiding system of the present invention, there is an effect that it improves the propulsion control.
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1ないし図25は本発明の一実施例に係わり、図1は一実施例の医療装置誘導システムの概略構成を示す全体構成図、図2は図1のより詳細な構成を示すブロック図、図3はカプセル型医療装置本体の外観を示す側面図、図4はカプセル型医療装置本体の側面説明図、図5は図4のカプセル型医療装置本体の正面説明図、図6は操作入力装置の概略構成図、図7は操作入力装置の変形例を示す概略構成図、図8は図6のスティックの変形例を示す概略構成図、図9はカプセル回転方向パターン発生器が発生する信号波形例のグラフであり、図9(a)は設定された時間間隔で回転方向を入れ換える信号波形例のグラフ、図9(b)は一方向に常に低回転速度で回転する信号波形例のグラフ、図10は図9(a)の信号に基づき、前進後退を繰り返す際のカプセル型医療装置本体の側面説明図、図11は図10のカプセル型医療装置本体の正面説明図、図12は図10の前進後退によってカプセル型医療装置本体が旋回動作する際の概略説明図、図13は表示装置の画像構成例、図14は図13の設定メニューの変形例、図15は後端部に可撓性チューブを回転自在に取り付けた有索型のカプセル型医療装置の外観を示す側面図、図16は螺旋状突起部のピッチを中央部、先端側及び後端側で同じとしたカプセル型医療装置を示す概略側面図、図17はカプセル型医療装置の螺旋状構造部のパラメータを示す説明図、図18は図17のカプセル型医療装置の外装円筒形状部分の展開図、図19は回転電磁場を印加してカプセル型医療装置の推進速度を測定する際の様子を示す説明図、図20は図19の測定による螺旋条数に対する推力(推進力)を示すグラフ、図21は図19の測定による突起部間隔に対する推力(推進力)を示すグラフ、図22は螺旋状突起部の断面が円形状であるときの螺旋間隔Dを示す説明図、図23は螺旋状突起部の断面が楕円形状であるときの螺旋間隔Dを示す説明図、図24は螺旋状突起部の断面が長方形の角にRをとった形状の場合の螺旋間隔Dと突起部間隔dを示す説明図、図25は直交座標系で表した回転磁界中におけるカプセルの推進方向を示すグラフである。 1 to 25 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a schematic configuration of a medical device guidance system of an embodiment, and FIG. 2 is a block diagram showing a more detailed configuration of FIG. 3 is a side view showing the external appearance of the capsule medical device main body, FIG. 4 is a side explanatory view of the capsule medical device main body, FIG. 5 is a front explanatory view of the capsule medical device main body of FIG. 4, and FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a modification of the operation input device, FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a modification of the stick of FIG. 6, and FIG. 9 is a signal waveform generated by the capsule rotation direction pattern generator FIG. 9A is a graph of an example of a signal waveform in which the rotation direction is switched at a set time interval, FIG. 9B is a graph of an example of a signal waveform that is always rotated at a low rotation speed in one direction, FIG. 10 is based on the signal of FIG. FIG. 11 is a front explanatory view of the capsule medical device body of FIG. 10, and FIG. 12 is a view when the capsule medical device body is swiveled by the forward and backward movement of FIG. FIG. 13 is a schematic explanatory diagram, FIG. 13 is an image configuration example of a display device, FIG. 14 is a modified example of the setting menu of FIG. 13, and FIG. 15 is a cable-type capsule medical device in which a flexible tube is rotatably attached to the rear end. FIG. 16 is a schematic side view showing a capsule medical device in which the pitch of the spiral protrusions is the same at the center, front end side and rear end side, and FIG. 17 is a spiral view of the capsule medical device. FIG. 18 is a development view of the outer cylindrical portion of the capsule medical device of FIG. 17, and FIG. 19 is a diagram when measuring the propulsion speed of the capsule medical device by applying a rotating electromagnetic field. Explanatory diagram showing the situation FIG. 20 is a graph showing the thrust (propulsive force) with respect to the number of spiral stripes measured by FIG. 19, FIG. 21 is a graph showing the thrust (propulsive force) with respect to the protrusion interval measured by FIG. 19, and FIG. FIG. 23 is an explanatory diagram showing the spiral interval D when the cross section of the spiral protrusion is elliptical, and FIG. 24 is an explanatory diagram showing the spiral interval D when the cross section of the spiral protrusion is elliptical. FIG. 25 is a graph showing the propulsion direction of the capsule in a rotating magnetic field represented by an orthogonal coordinate system, in the case of a shape having R at the corner of the rectangle.
図1及び図2に示すように、本発明の第1実施例のカプセル型医療装置誘導システム(以下、カプセル誘導システムと略記)1は、図示しない患者の体腔内に挿入され、体腔内を撮像するカプセル型内視鏡として機能するカプセル型医療装置本体(以下、カプセルと略記)3と、患者の周囲、つまり体外に配置され、カプセル3に回転電磁場を印加する回転電磁場発生装置4と、この回転電磁場発生装置4に回転電磁場を発生させるための交流電源を供給する交流電源装置5と、患者の体外に配置され、カプセル3と無線通信を行う処理を行うと共に、交流電源装置5を制御して、カプセル3に印加される回転電磁場の方向や大きさ等を制御する処理を行う制御装置6と、この制御装置6に接続され、カプセル3により撮像した画像等を表示する表示装置7と、制御装置6に接続され、術者などの操作者が操作することにより、操作に対応した指示信号を指示入力する操作入力装置8としての、例えば回転電磁場に対する方向指示信号を発生する方向入力装置8a、操作に対応した回転電磁場に対する周波数指示信号を発生する推進速度(回転速度)入力装置8b、設定モードを切り換えるモード切換スイッチ8cと、を有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, a capsule medical device guidance system (hereinafter abbreviated as “capsule guidance system”) 1 according to a first embodiment of the present invention is inserted into a body cavity of a patient (not shown) and images the body cavity. A capsule medical device main body (hereinafter abbreviated as a capsule) 3 that functions as a capsule endoscope, a rotating
また、カプセル誘導システム1は、カプセル3内に内蔵された後述の位置/方向検出用アンテナ18からの電波を検出してカプセル3の位置及び長手方向の向き(方向)を検出する位置/方向検出装置9を設けている。
さらに、カプセル誘導システム1は、カプセル3を所望の設定条件で誘導するための設定データを入力する設定装置10を設けている。
Further, the capsule guiding
Furthermore, the capsule guiding
カプセル誘導システム1は、図示しない患者の周囲に回転電磁場を発生する回転電磁場発生装置4を配置し、交流電源装置5を制御装置6側から制御し、患者の体腔管路内に挿入されたカプセル3に内蔵された後述の電磁場応答部に対してカプセル3を推進させる方向に回転電磁場を印加することにより、カプセル3を円滑にかつ効率良く推進(誘導)させることができるようにしている。
The capsule guiding
この回転電磁場発生装置4による回転電磁場の方向は、制御装置6に接続された操作入力装置8又は設定装置10を操作することにより、制御できるようになっている。
また、カプセル3の位置及び長手方向の向き(方向)は、位置/方向検出装置9により検出されて制御装置6の画像処理により、後述するように表示装置7に表示されるようになっている。
The direction of the rotating electromagnetic field generated by the rotating
Further, the position and direction (direction) of the
先ず、カプセル3について説明する。
図3〜図5に示すように、カプセル3は略円筒形状ないしはカプセル形状にして体内への挿入部ともなる外装容器11の外周面に回転を推力(推進力)に変換する螺旋状構造部となる螺旋状突起部(或いはスクリュウ部)12が螺旋状に設けてある。
この螺旋状突起部12は外装容器11の外周面に丸みを設けた略半球状等の断面構造にして、体内の内壁面に滑らかに接触するようになっている。
First, the
As shown in FIGS. 3 to 5, the
The
また、この外装容器11で密閉された内部には対物光学系13及びその結像位置に配置された撮像素子14と、撮像を行うために照明する照明素子15(図1参照)等の他に、回転する磁場(より広義には電磁場)に応答して力が作用する(電磁場応答部としての)マグネット16が収納されている。
In addition to the inside sealed by the
尚、ここで使用するマグネット(磁石)16は、ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石、鉄・クロム・コバルト磁石、プラチナ磁石、アルニコ(AlNiCo)磁石などの永久磁石である。
ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石などの希土類系磁石は、磁力が強く、カプセルに内蔵する磁石を小さくできるメリットがある。一方、フェライト磁石は、安価であるというメリットがある。さらに、プラチナ磁石は、耐腐食性が優れている。
The
Rare earth magnets such as neodymium magnets and samarium cobalt magnets have a strong magnetic force and are advantageous in that the magnets built into the capsule can be made smaller. On the other hand, ferrite magnets have the advantage of being inexpensive. Furthermore, platinum magnets have excellent corrosion resistance.
尚、本実施例では、回転電磁場として回転磁界を発生させてカプセル3に設けたマグネット16に作用するように構成している。しかしながら、回転電磁場として回転電界を発生させてカプセル3に設けた図示しない強誘電体に作用するように構成してもよい。
In the present embodiment, a rotating magnetic field is generated as a rotating electromagnetic field so as to act on the
図4に示すように対物光学系13は、円筒状のカプセル3における挿入軸とも言える中心軸C上にその光軸が一致するようにしている。対物光学系13は、例えば外装容器11における半球状で透明にされた先端カバー11aの内側に配置されている。先端カバー11aの中央部分は、図5に示すように観察窓17となる。尚、図4及び図5では示していないが、照明素子15は対物光学系13の周囲に配置されている。
従って、この場合には、対物光学系13の視野方向は対物光学系13の光軸方向、つまりカプセル3の円筒状の中心軸Cに沿った方向となる。
As shown in FIG. 4, the objective
Therefore, in this case, the visual field direction of the objective
また、カプセル3は、例えば外装容器11の後端付近内部には、位置/方向検出用アンテナ18が収納されている。この位置/方向検出用アンテナ18は発振器19に接続され、所定のタイミングに電波を発信するようになっている。
この位置/方向検出用アンテナ18から発信される電波を受信することで、方向/位置検出装置9はカプセル3の位置及び長手方向の向き(方向)を検出するようになっている。
In addition, the
By receiving the radio wave transmitted from the position /
尚、この位置/方向検出用アンテナ18の代わりに図示しないカプセル内コイルを設けて共振回路を配設してもよい。この場合、方向/位置検出装置9は、誘導起電力を発生させるための交流磁界を発生すると共に、この交流磁界によって誘導起電力を発生した共振回路により発生した磁界を検出してカプセル3の位置及び長手方向の向き(方向)を検出するようになっている。
Instead of the position /
また、マグネット16は、カプセル3内の長手方向の中央付近に配置され、図4に示すように中心軸Cと直交する方向にN極及びS極が形成されるように配置されている。マグネット16は、カプセル3の重心位置に中心が一致するように配置されている。このため、外部から磁界を印加した場合に、マグネット16に作用する磁気的な力の中心がカプセル3の重心位置となる。従って、カプセル3は、磁気的に円滑に推進させ易い構成にしている。
Further, the
また、図5に示すように、マグネット16の着磁の方向、つまり双極子の方向は、撮像素子14の特定の配置方向に一致するように配置している。
つまり、撮像素子14は、撮像した画像が表示される場合の上方向が、マグネット16のS極からN極に向かう方向に設定されている。
Further, as shown in FIG. 5, the
That is, in the
そして、カプセル誘導システム1は、回転電磁場発生装置4により回転磁界をカプセル3に印加することにより、マグネット16を磁気的に回転させる。これにより、カプセル誘導システム1は、マグネット16を内部に固定したカプセル3をマグネット16と共に回転させる。その際、カプセル3の外周面に設けた螺旋状突起部12は体腔内壁に接触して回転され、カプセル3を推進させることができるようにしている。
The
尚、本実施例では、図3に示すようにカプセル3の外表面に形成した螺旋状突起部12は、その先端側は円筒外周面を経て半球形状に縮径にされる側まで延出され、その端部12aは半球形状に縮径にされた途中部分、具体的には対物光学系13による視野角内に入らない位置に形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
また、この螺旋状突起部12の後端12bは半球状に縮径となる境界付近まで延出されている。尚、図3に示す例では螺旋状突起部12は、一方の螺旋状突起部12の中間位置にさらに螺旋状突起部12を設けて二重(2条)に形成されている。
また、このように、マグネット16を内蔵したカプセル3を回転磁界により制御するようにした場合には、回転磁界の方向からカプセル3により撮像された画像の上方向がどの方向であるかを知ることができるようにしている。
Further, the
As described above, when the
図2に示すようにカプセル3内には、上述した対物光学系13、撮像素子14、マグネット16、位置/方向検出用アンテナ18の他に、撮像素子14で撮像された信号に対する信号処理を行う信号処理回路20と、信号処理回路20により生成されたデジタル映像信号を一時記憶するメモリ21と、メモリ21から読み出した映像信号を高周波信号で変調して無線送信する信号に変換したり、制御装置6から送信される制御信号を復調等する無線回路22と、信号処理回路20等カプセル3を制御するカプセル制御回路23と、カプセル3内部の電気系に動作用の電源を供給する電池24とが収納されている。
As shown in FIG. 2, in the
一方、カプセル3と無線通信を行う制御装置6は、カプセル3の無線回路23と無線通信を行う無線回路25とこの無線回路25と接続され、カプセル3から送られた画像データに対する画像表示等のデータ処理等を行うデータ処理回路26と、データ処理回路26や交流電源装置5等を制御する制御回路27と、前記交流電源装置5を介して回転電磁場発生装置4により発生される回転電磁場として回転磁界の状態、より具体的には回転磁界の法線ベクトルの向き(回転磁界の向きと略記)及びその回転磁界を形成する磁界の向きの情報を記憶する記憶回路28とを有する。
On the other hand, the
データ処理回路26には表示装置7が接続されている。表示装置7は、撮像素子14で撮像され、無線回路22、25を経てデータ処理回路26により処理された画像等が表示される。また、このデータ処理回路26はカプセル3が回転されながら画像を撮像するので、表示装置7に表示される際の画像の向きを一定の方向に補正する処理を行い、術者にとって見易い画像を表示できるように画像処理を行う(特願2002−105493号に記載)。
また、表示装置7は、制現在の回転磁界の状態や、機能設定の状態、位置/方向検出装置9から得たカプセル3の位置及び方向も表示することができる。
A
The
制御回路27には、操作入力装置8を構成する方向入力装置8a、推進速度(回転速度)入力装置8b、モード切換スイッチ8cから操作に対応した指示信号が入力され、指示信号に対応した制御動作を行うようになっている。
An instruction signal corresponding to the operation is input to the control circuit 27 from the
制御回路27は記憶回路28と接続され、記憶回路28に交流電源装置5を介して回転電磁場発生装置4により発生する回転磁界の向き及び磁界の向きの情報を常時記憶するようにしている。そして、その後に、回転磁界の向きや磁界の向きを変化させる操作が行われた場合にも、回転磁界の向きや磁界の向きを連続的に変化させ、円滑に変化させることができるようにしている。つまり、記憶回路28は、制御回路27に対してその制御動作を行う際の情報提供手段を形成する。
The control circuit 27 is connected to the storage circuit 28 and always stores information on the direction of the rotating magnetic field and the direction of the magnetic field generated by the rotating
具体的には、図1における第1の操作入力手段である操作入力装置8における操作の指示信号は制御回路27に入力され、制御回路27は指示信号に対応した回転電磁場(回転磁界)を発生させる制御信号を交流電源装置5に出力すると共に、その回転磁界の向き及び磁界の向きの情報を記憶回路28に記憶するようにしている。尚、記憶回路28を、制御回路27内部に設けるようにしても良い。
Specifically, an operation instruction signal in the
また、制御回路27は位置/方向検出装置9に接続され、この位置/方向検出装置9より検出されたカプセル3の位置及び長手方向の向き(方向)の情報が入力される。そして、制御回路27は、記憶回路28に記憶された情報と、位置/方向検出装置9により検出された情報により、回転磁界を発生したり、発生する回転磁界の向き等を制御する動作を行うようになっている。
また、制御回路27と接続された交流電源装置5は、交流電流を発生すると共に、その周波数や位相を制御する3個の交流電流発生&制御回路からなる交流電流発生&制御部31と、各交流電流をそれぞれ増幅する3個のドライバからなるドライバ部32とを有し、3個のドライバの出力電流は回転電磁場発生装置4を構成する3個の電磁石33a、33b、33cにそれぞれ供給される。
Further, the control circuit 27 is connected to the position /
The AC
3個の電磁石33a、33b、33cは、それぞれが1組の対向する空芯コイルで構成されており、それぞれの電磁石は略直交するように配置されている。対向コイルの間の空間は、均一な電磁界が発生できるので、この構成により任意の方向に電磁界を発生することができる。また、好ましくは対向コイルそれぞれがヘルムホルツコイルを形成していることである。
Each of the three
そして、図6に示す操作入力装置8を構成する方向入力装置8aを操作することにより、磁界方向の指示信号を発生したり、推進速度(回転速度)入力装置8bを操作することにより操作に対応した回転周波数の回転磁界の指示信号を発生したり、モード切換スイッチ8cを操作することにより設定を旋回モードに切り換えたりすることができるようにしている。
Then, the
具体的には、操作入力装置8は操作箱の上面から上方に突出するジョイスティックSaで形成された方向入力装置8aと、スティックSbにより形成された推進速度(回転速度)入力装置8bと、例えば2つのボタンTa,Tbで形成されたモード切換スイッチ8cとから構成される。
Specifically, the
そして、図25のように直交する座標系を設定して、回転磁界の回転面の法線ベクトルの方向を表した場合、この法線ベクトルの方向がカプセル3の推進方向となり、この方向をジョイスティックSaの傾動操作で設定できるようにしている。
Then, when the orthogonal coordinate system is set as shown in FIG. 25 and the direction of the normal vector of the rotating surface of the rotating magnetic field is expressed, the direction of the normal vector becomes the propulsion direction of the
この場合、ジョイスティックSaを前側、後側、左側、右側に向けて傾動することにより、下側、上側、左側、右側に推進方向を変更できるようにしている。この場合の傾動する量が角度変化のスピードに相当する。尚、中間方向(例えば左下方向や右上方向)に傾ければ、当然その方向に推進方向を変更できる。 In this case, the propulsion direction can be changed to the lower side, the upper side, the left side, and the right side by tilting the joystick Sa toward the front side, the rear side, the left side, and the right side. The amount of tilting in this case corresponds to the speed of angle change. In addition, if it inclines in an intermediate direction (for example, a lower left direction or an upper right direction), naturally a propulsion direction can be changed to that direction.
また、スティックSbを前側、後側に傾動することにより、それぞれ前側及び後方側に回転方向を設定でき、かつ傾ける角度で回転周波数を変化できるようにしている。
また、ボタンTaは、前記推進速度(回転速度)入力装置8bからの入力と前記設定装置10からの入力のどちらを有効にするか切り換えるボタンである。一方、Tbボタンは、前記設定装置10による後述のGUI( Graphical User Interface )を起動(ポップアップ)させるためのボタンである。
従って、ボタンTaは設定モードを旋回モードに切り換え、ボタンTbは設定入力のGUIをポップアップして前記設定装置10による設定データを入力できるようになっている。
Further, by tilting the stick Sb to the front side and the rear side, the rotation direction can be set to the front side and the rear side, respectively, and the rotation frequency can be changed by the tilt angle.
The button Ta is a button for switching between the input from the propulsion speed (rotation speed)
Accordingly, the button Ta switches the setting mode to the turning mode, and the button Tb pops up a setting input GUI so that setting data from the setting
また、操作入力装置8として図6に示す変形例として図7に示すようにジョイスティックScの頂部側に傾動可能で、倒す量により回転磁界の回転周波数を変化させることによりカプセル3の回転速度を変化させるレバーLaと、回転磁界の回転方向をON/OFFで指示するボタンTcと、モード切換スイッチTd(1つの場合には旋回モードへの切換及びGUIのポップアップの機能を持つ)を設けるようにしても良い。
Further, as a modification example shown in FIG. 6, the
このようにすると、片手で操作することができ、図6の両手で操作することが必要になる場合よりも操作性を向上することができる。また、図6において、例えばスティックSbの代わりに図8に示すフットスイッチFを採用し、踏み込む量で回転周波数を変更するようにしても良い。
尚、ジョイステック、フットスイッチのみならず、パーソナルコンピュータ等で操作入力装置8を構成し、マウス、キーボード、GUI等を利用して操作を行えるようにしてもよい。
In this way, it can be operated with one hand, and operability can be improved as compared with the case where it is necessary to operate with both hands in FIG. In FIG. 6, for example, a foot switch F shown in FIG. 8 may be adopted instead of the stick Sb, and the rotation frequency may be changed by the amount of depression.
Note that the
また、図2に示すように制御装置6は、特定電磁場パターン発生部としてカプセル回転方向パターン発生器41と、モード切換部42とを有する。
カプセル回転方向パターン発生器41は、前記設定装置10から入力される設定データに基づいた回転方向パターン信号を発生する。
Further, as shown in FIG. 2, the
The capsule rotation
この回転方向パターン信号は、図9(a)に示すように、時間に対して、信号強度のプラスマイナスが入れ替わるパターン信号である。(図9(a)以下の詳細は後述)
前記カプセル回転方向パターン発生器41の出力は、モード切換部42に接続されている。また、モード切換部42には、推進速度(回転速度)入力装置8bが接続されており、モード切換スイッチ8cで、カプセル回転方向パターン発生器41のからの出力と、推進速度(回転速度)入力装置8bからの信号を選択して制御回路27に出力するようになっている。
As shown in FIG. 9A, the rotation direction pattern signal is a pattern signal in which the plus / minus of the signal intensity is changed with respect to time. (Details of FIG. 9A and later will be described later)
The output of the capsule rotation
通常、制御回路27では、推進速度(回転速度)入力装置8bからの入力(モード切換部42を介して)で、カプセル3の回転方向と回転速度を決定している。
このときの回転速度(最高回転速度)は、5Hz以下であり、さらに好ましくは2Hz以下、さらには1Hz以下である。
Usually, in the control circuit 27, the rotation direction and the rotation speed of the
The rotation speed (maximum rotation speed) at this time is 5 Hz or less, more preferably 2 Hz or less, and further 1 Hz or less.
モード切換スイッチ8cを操作してモード切換部42から出力される信号を、カプセル回転方向パターン発生器41からの信号に切り換えると、制御回路27は、カプセル回転方向パターン発生器41の出力に基づいた回転電磁場発生装置4のコントロールを行うようになる。
When the signal output from the
このときの回転速度は、推進速度(回転速度)入力装置8bからの入力で回転できる最高回転速度以下に設定されていることが望ましい。さらには、最高回転速度の1/2以下、さらに好ましくは、1/5以下、さらには1/10以下であることが好ましい。
また、絶対周波数の表記としては、5Hz以下、さらには1Hz以下、さらには0.1Hz以下であることが望ましい。
The rotation speed at this time is preferably set to be equal to or less than the maximum rotation speed that can be rotated by input from the propulsion speed (rotation speed)
The absolute frequency is preferably 5 Hz or less, more preferably 1 Hz or less, and further preferably 0.1 Hz or less.
図9(a)に示す信号を与えた場合には、カプセル3は設定された時間間隔で回転方向を入れ換える運動を行うようになる。ここで、カプセル回転方向パターン発生器41からの指示信号は、例えば図9(a)に示すような方形波状信号である。時間軸に対して入力信号の正はカプセル3の前進であり、負は後退である。
When the signal shown in FIG. 9A is given, the
図9(a)中、数字は前進/後退の順番であり、(1)及び(3)が前進、(2)及び(4)が後退となる。この周波数指示信号により生成される回転電磁場(回転磁界)によって、カプセル3は、例えば、右回転で前進、左回転で後退することにより、図10及び図11に示すように動作するようになっている。
In FIG. 9A, the numbers are the forward / backward order, (1) and (3) are forward, and (2) and (4) are backward. By the rotating electromagnetic field (rotating magnetic field) generated by the frequency instruction signal, the
図10及び図11に示すようにカプセル3は、(1)前進(2)後退(3)前進(4)後退を繰り返して一定の範囲内でその位置がほぼとどまり、図6の方向入力装置8a又は図7のジョイスティックScの入力に従い、向きを変えるようになっている。つまり、図12に示すようにカプセル3は、位置をある一定の範囲内にとどめたまま旋回できるようになっている。
As shown in FIGS. 10 and 11, the
また、図9(b)のように一方向に常に低回転速度で回転する信号をカプセル回転方向パターン発生器41から発生させてもよい。このときの回転速度は1Hz以下、望ましくは0.1Hz以下である。このように設定することで、カプセル3は十分にゆっくり回転するため、ほとんど位置を変えることなく、図6の方向入力装置8a又は図7のジョイスティックScの入力に従い、向きを変えるようになる。
このように構成しても、先と同様な効果を得ることができる。
Further, as shown in FIG. 9B, a signal that always rotates in one direction at a low rotation speed may be generated from the capsule rotation
Even if comprised in this way, the effect similar to the previous can be acquired.
また、制御回路27は、前記設定装置10と通信を行うよう接続されている。
前記設定装置10の設定情報は、図13で示すGUIである設定メニュー53又は図14で示すGUIである設定メニュー53Bで調整された後、前記設定装置10に書き込まれる。
The control circuit 27 is connected to communicate with the
The setting information of the
設定メニュー53又は設定メニュー53Bで調整されたデータは、制御回路27を介して設定装置10に保存される。また、制御回路27は、必要に応じて設定装置10に書き込まれたデータに基づいた制御を行う。例えば、カプセル3の回転速度、旋回速度の設定などのとき、実行される。
Data adjusted by the setting
本実施例では、モード切換スイッチ8cのボタンTbを操作すると、GUIが表示装置7に表示されるようになっている。設定メニュー53の例では、このときの設定データは、1回転して1回転戻るのか半回転して半回転戻るのかの一方向への回転角度と、回転スピードをどれくらいにするのかの回転速度との2つのパラメータを有している。
In the present embodiment, the GUI is displayed on the
ここで、モード切換スイッチ8cのボタンTbが操作されて出力されるGUI起動信号に基づき、表示装置7には、例えば、図13に示すように設定装置10における設定メニューがポップアップ表示される。
図13に示すように表示装置7の表示画面には、通常表示されるカプセル3で取得したカプセル画像51及び体腔内におけるカプセル3の位置及び向きが表される位置及び向き画像表示部52が表示されている。
Here, on the
As shown in FIG. 13, the display screen of the
位置及び向き画像表示部52には患者の概略の体形を表示し、その体形内でカプセル本体3を検出した概略の位置に、位置/方向検出装置9から取得したカプセル3の位置及び方向を示すアイコン矢印52aが配置される。このアイコン矢印52aは、その位置によりカプセル3の概略位置を示し、その向きによりカプセル3の長手方向の向き(方向)を示している。
The approximate body shape of the patient is displayed on the position and orientation
そして、モード切換スイッチ8cのボタンTbが操作された際に、表示装置7の表示画面には、設定装置10の設定メニュー53が表示される。この設定メニュー53は、設定装置10における設定データ入力部である。
Then, when the button Tb of the
設定メニュー53には、上段に基本設定部61が配置され、下段に旋回のみ設定部62が配置されている。基本設定部61には、前記推進速度(回転速度)入力装置8bのスティックSbの操作による回転速度(最高回転速度)を設定するための回転速度設定バー61aが表示されると共に、前記方向入力装置8aのジョイスティックSaの操作による旋回速度(最高旋回速度)を設定するための旋回速度設定バー61bが表示される。
In the
また、旋回のみ設定部62には、前記モード切換スイッチ8cのボタンTaの操作による旋回モード(旋回のみ設定)時における、回転速度を設定するための回転速度設定バー62aが表示されると共に、回転角度を設定するための回転角度設定バー62bが表示されている。尚、図9(b)のような波形で制御する場合には、回転速度設定バー62aのみの表示でよい。
The turning only setting
ここで、基本設定における通常の操作は、上述した図6のジョイスティックSaとスティックSbによる操作である。この操作によって、制御回路27は基本設定部61で設定したカプセル3の回転速度(最高回転速度)及び旋回速度(最高旋回速度)を基にして、ジョイスティックSaとスティックSbの入力に応じた回転電磁場(回転磁界)を発生させ、通常のカプセル3の動作が行われるよう制御している。
Here, the normal operation in the basic setting is the operation with the joystick Sa and the stick Sb in FIG. 6 described above. By this operation, the control circuit 27 causes the rotating electromagnetic field corresponding to the inputs of the joystick Sa and the stick Sb based on the rotation speed (maximum rotation speed) and the rotation speed (maximum rotation speed) of the
また、旋回モードにおける動作は、ボタンTaの押下操作により上述した前進後退の繰り返しによる旋回のみが行われる操作である。また、図9(b)のような波形で制御する場合には、一定の低回転速度で旋回のみが行われる操作である。 The operation in the turning mode is an operation in which only turning by repeating the forward and backward movements described above is performed by pressing the button Ta. Further, in the case of controlling with a waveform as shown in FIG. 9B, only turning is performed at a constant low rotation speed.
この操作によって、制御回路27は旋回のみ設定部62で設定したカプセル3の回転速度及び回転角度に応じた回転電磁場(回転磁界)を発生させ、カプセル3は、位置をある一定範囲にとどめたまま、ジョイスティックSaの入力に従い、旋回動作が行われるよう制御している。
By this operation, the control circuit 27 generates a rotating electromagnetic field (rotating magnetic field) corresponding to the rotation speed and rotation angle of the
即ち、制御回路27は、旋回モードにおけるカプセル3の前進後退時に、回転速度設定バー62aにより設定した回転速度及び、回転角度設定バー62bにより設定した回転角度で回転するように回転電磁場(回転磁界)を発生させる制御を行う。
That is, the control circuit 27 rotates the rotating electromagnetic field (rotating magnetic field) so that the
尚、設定メニューは、図14に示すように旋回設定部をさらに詳細に設定できるようにしてもよい。
図14に示すように設定メニュー53Bには、旋回のみ設定部62Bが配置されている。
旋回のみ設定部62Bには、回転速度設定バー62a及び旋回速度設定バー62cの他に、左周り回転角度を設定するための左周り回転角度設定バー62d、右周り回転角度を設定するための右周り回転角度設定バー62eが表示されている。
It should be noted that the setting menu may be configured so that the turning setting unit can be set in more detail as shown in FIG.
As shown in FIG. 14, the setting menu 53B includes a turning only setting unit 62B.
In the turning only setting section 62B, in addition to the rotation speed setting bar 62a and the turning speed setting bar 62c, the left rotation
ここで、右周りが前進であり、左周りが後退であるとする。すると、左周り回転角度設定バー62dは後退する際の回転角度を設定し、右周り回転角度設定バー62eは前進する際の回転角度を設定するようになっている。
Here, it is assumed that the clockwise rotation is forward and the counterclockwise rotation is backward. Then, the counterclockwise rotation
このとき、制御回路27は、旋回モードにおける、カプセル3の前進時に右周り回転角度設定バー62eで設定した回転角度で回転し、カプセル3の後退時に左周り回転角度設定バー62dで設定した回転角度で回転するように回転電磁場(回転磁界)を発生させる制御を行う。
At this time, in the turning mode, the control circuit 27 rotates at the rotation angle set by the clockwise rotation angle setting bar 62e when the
これにより、カプセル3は、旋回モードにおける前進後退における際に、それぞれ回転角度を異なるように動作することができるようになっている。
従って、カプセル3は、前進後進を繰り返しながら、少しずつ前方に進んだり、後方に戻る制御を行うことができる。
Thereby, the
Therefore, the
このように制御することで、ジョイスティックSaでカプセル3の視野方向を変化させながらカプセル3を管腔内で少しずつ位置変化させることができ、より詳しく観察したい部位ではゆっくりとカプセル3が進行することになるので適した動作が行える。
By controlling in this way, the position of the
このような構成による本実施例の作用を説明する。
カプセル本体3により体腔内を検査する場合、患者はこのカプセル本体3を飲み込む。体腔内に飲みこまれたカプセル本体3は食道等を通過する際に、照明素子15で照明し、撮像素子14で撮像した画像を無線回路22を経て体外の制御装置6に無線で送る。
The operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
When examining the inside of a body cavity with the
制御装置6は無線回路25で受信し、復調された画像データをデータ処理回路26内部などに設けた(ハードディスク等の)画像記憶デバイスに蓄積すると共に、表示用の処理を行う。そして、制御装置6は、処理画像信号を表示装置7に出力し、カプセル本体3により順次撮像された画像データを上述したように表示装置7にカプセル画像51として表示する。
The
また、位置/方向検出装置9は、カプセル3の位置/方向検出用アンテナ18から送信された電波を受信してその受信データを制御装置6に出力する。制御装置6は、位置/方向検出装置9からの受信データを処理してカプセル3の位置及び長手方向の向き(方向)データを算出して画像処理し、順次得られた位置及び長手方向の向き(方向)データを上述したように表示装置7の位置及び向き画像表示部52にアイコン矢印52aとして表示する。
Further, the position /
表示装置7に表示される画像から術者は、カプセル本体3が現在の体腔内における概略位置が分かる。術者は、表示装置7に表示されるカプセル画像51及び位置及び向き画像表示部52のアイコン矢印52aを見ながら、カプセル3が所望の動作となるように方向入力装置8a及び推進速度(回転速度)入力装置8bを操作する。
From the image displayed on the
すると、制御装置6は、これら方向入力装置8a及び推進速度(回転速度)入力装置8bの操作に応じて回転電磁場(回転磁界)が発生するように制御回路27が制御動作する。制御回路27は、交流電源装置5を介して回転電磁場発生装置4により回転磁界を発生させる。尚、回転磁界の発生情報は、記憶回路28に記憶される。
Then, in the
尚、レバーLa(又はスティックSb)を傾ける操作した場合には、その傾けた操作量に対応する周波数の回転磁界が発生する。ここで、始動時、停止時においては急激にカプセル本体の回転周波数が変化しないように周波数を徐々に変化させるようにしてもよい。あるいは、振幅及び周波数の両方を徐々に変化させるようにしても構わない。 When the lever La (or stick Sb) is tilted, a rotating magnetic field having a frequency corresponding to the tilted operation amount is generated. Here, the frequency may be gradually changed so that the rotational frequency of the capsule body does not change suddenly at the time of start and stop. Alternatively, both the amplitude and the frequency may be gradually changed.
このようにして、体外から回転磁界を印加することにより、体腔内に挿入されたカプセル本体3に内蔵されたマグネット16に磁気トルクを作用させ、カプセル本体3を回転させ、その際カプセル本体3の外周面に設けた螺旋状突起部12を体腔内の内壁に接触させた状態でネジを回転させるようにして速やかにカプセル3を推進させることができる。
In this way, by applying a rotating magnetic field from outside the body, a magnetic torque is applied to the
ここで、例えば、カプセル3は、大腸内でハウストラ(結腸膨起)に突き当たってしまい、先に進まなくなってしまうことがある。
Here, for example, the
このとき、術者は、旋回モードを実行するよう操作する。
術者は、ボタンTbを押下操作して上述した設定メニュー53により旋回モードの設定を行い、設定入力が終了したら再度ボタンTbを押下して設定を終了する。そして、術者は、モード切換スイッチ8cのボタンTaを押下操作して旋回モードに入る。
At this time, the surgeon operates to execute the turning mode.
The operator presses the button Tb to set the turning mode using the
すると、制御装置6は、設定装置10からの設定データがカプセル回転方向パターン発生器41及び制御回路27に入力される。
カプセル回転方向パターン発生器41は、設定装置10から入力される設定データに基づき、上述した図9に示すような周波数指示信号を発生してモード切換部42に出力する。
Then, the
The capsule rotation
モード切換部42は、モード切換スイッチ8cのボタンTaが操作されて出力されるモード切換信号に基づき、推進速度(回転速度)入力装置8bからの周波数指示信号からカプセル回転方向パターン発生器41からの周波数指示信号に切り換えて制御回路27に出力する。
The
そして、制御回路27は、モード切換部42が推進速度(回転速度)入力装置8bからカプセル回転方向パターン発生器41に切り換えることで、カプセル3が前進後進を繰り返す制御を行うとともに、ジョイスティックSc(又はジョイスティックSa)の操作に従い、カプセル3の旋回制御を行う。
The control circuit 27 controls the
尚、カプセル回転方向パターン発生器41から発生される信号が図9(b)のような場合には、カプセル3は、一方向に低速回転を行うと共に、ジョイスティックSc(又はジョイスティックSa)の操作に従い、カプセル3の旋回制御を行う。
When the signal generated from the capsule rotation
制御回路27は、交流電源装置5を介して回転電磁場発生装置4によりカプセル回転方向パターン発生器41とジョイスティックSc(又はジョイスティックSa)からの信号に対応した回転電磁場(回転磁界)を発生させる。
The control circuit 27 causes the rotating
すると、カプセル3は、例えば、右回転で前進、左回転で後退することにより、上述した図10及び図11に示すように前進後退を繰り返し一定の範囲内でその位置がほぼとどまり、ジョイスティックSc(又はジョイスティックSa)の入力に従い、向きを変えて図12に示すように旋回する。
Then, for example, the
尚、カプセル回転方向パターン発生器41から発生される信号が図9(b)のような場合には、カプセル3は、右回転で低速度で前進、左回転で低速度で後退等することにより、ほとんど位置が変化しない状態で、ジョイスティックSc(又はジョイスティックSa)の入力に従い向きを変えるように旋回する。
If the signal generated from the capsule rotation
これにより、カプセル3は、位置をほとんど変えることなく旋回可能であるので、従来では困難であった、ハウストラ等に突き当たってしまった場合の方向変更がスムーズに行える。
従って、本実施例のカプセル誘導システム1は、推進コントロール性を向上できる。
Thereby, since the
Therefore, the
尚、本実施例のカプセル3は、後部に線やチューブの無い無索型であるが、図15に示すようにカプセル3の後端部(先端カバー39の逆側)に可撓性チューブを回転自在に取り付けた有索型のカプセル型医療装置にしても良い。
図15に示すようにカプセル3Bは、被検体外にもう一端を有する紐(又はチューブ)状のガイド部材70が設けられている。このガイド部材70は例えば、1mm以上の太さを有し、被検体外部に係止可能な可撓性部材である。
Note that the
As shown in FIG. 15, the capsule 3B is provided with a string (or tube) -shaped
この場合、カプセル3Bは、螺旋状突起部12による推進とガイド部材70とによる押し引きを組み合わせることによって、より効果的に推進或いは後退させることができるという効果がある。
In this case, the capsule 3B has an effect that it can be more effectively promoted or retracted by combining the propulsion by the
また、本実施例は、体腔内を撮像するカプセル型内視鏡として機能するカプセル型医療装置本体に本発明を適用して構成しているが、本発明はこれに限定されず、生体組織を採取する採取手段を有する組織採取型カプセル型医療装置、薬剤を放出する薬剤放出型カプセル型医療装置、生体組織を焼灼する焼治療型カプセル型医療装置に本発明を適用しても構わない。 In this embodiment, the present invention is applied to a capsule medical device body that functions as a capsule endoscope that images the inside of a body cavity. However, the present invention is not limited to this, and living tissue is not limited to this. The present invention may be applied to a tissue collection type capsule medical device having a collection means for collecting, a drug release type capsule medical device that releases a drug, and a burning treatment type capsule medical device that cauterizes a living tissue.
尚、上記特開2001−179700号公報,特開2002−187100号公報に記載の移動制御システムや上記特開2003−275170号公報に記載のシステムでは、特に螺旋状構造部のパラメータが明確に記載されていない。
そのため、従来の医療装置誘導システムは、カプセル型医療装置が十分な推進力を得ることが困難であった。
そこで、螺旋状構造部の詳細なパラメータを明確にして十分な推進力を得られるように構成する。
In addition, in the movement control system described in JP 2001-179700 A and JP 2002-187100 A and the system described in JP 2003-275170 A, parameters of the spiral structure portion are particularly clearly described. It has not been.
Therefore, it has been difficult for the conventional medical device guidance system to obtain a sufficient driving force for the capsule medical device.
Accordingly, the detailed parameters of the spiral structure portion are clarified so that a sufficient driving force can be obtained.
図16に示すようにカプセル3は、螺旋状突起部12が例えば中央部の最も外径が大きい部分でのピッチbが、これよりも先端側や後端側での外径が小さくなる部分のピッチa及びcと同じピッチ、つまりa=b=cに設定している。
As shown in FIG. 16, in the
さらに、カプセル3の螺旋状突起部12を以下で説明するように最適化する。
図17に示すようにカプセル3の螺旋状突起部12は、例えば、円筒部長さL、円筒部半径r、条数(自然数)n、螺旋間隔D、螺旋角度θ、螺旋高さh、螺旋幅b、螺旋溝幅x等のパラメータを有している。
Further, the
As shown in FIG. 17, the
先ず、カプセル3の推進力の測定を行った。測定系を図19に示す。
図19は螺旋状突起部12を模したサンプル80を用いて推進力を測定するための水槽81を示す。この水槽81内には、(本実施例のカプセル3の外形構造を有する)サンプル80(第1のサンプル80とする)が管腔臓器を模擬するシリコンチューブ82内に挿入した状態で挿入して、上から水を入れてチューブ82に水圧をかけた状態(例えば水位は20cm)にしている。
First, the driving force of the
FIG. 19 shows a
サンプル80は、棒状部83を介してフォールスゲージ84に接続されており、このフォールスゲージ84で推進力を測定可能となっている。尚、サンプル80は、棒状部83に対して空転するように回動自在に設けられている。この状態において、外部から回転磁場を印加してその推進力を測定した。
The
尚、実験では、φ11mm、円筒部長さ2mm、螺旋高さ1mm、螺旋幅1mmのサンプル80を用いた。また、螺旋角度、条数は下記の組み合わせとした。
螺旋角度 条数
30[ deg. ] 2,3,4,6,8条
45[ deg. ] 2,3,4,6,8条
60[ deg. ] 1,2,3,4,6,8条
図21に推進力測定結果を示す。図21は、上記カプセル3の螺旋の螺旋間隔を横軸に、測定した推進力を縦軸にしたグラフである。
推進力の分布により、螺旋間隔が狭くなると推進力が向上する領域Aと、螺旋間隔が狭くなると推進力が低下する領域Bが存在する。
In the experiment, a
Spiral angle Number of strips 30 [deg.] 2,3,4,6,8 45 [deg.] 2,3,4,6,8 60 [deg.] 1,2,3,4,6,8 Fig. 21 shows the results of measuring the driving force. FIG. 21 is a graph with the helix spacing of the
Due to the distribution of the propulsive force, there are a region A where the propulsive force is improved when the spiral interval is narrowed, and a region B where the propulsive force is decreased when the spiral interval is decreased.
領域Aについて考察する。先ず、領域Aに分布するカプセル3の中で、下記のものを横軸に条数、縦軸に推進力としてプロットしたものを図20に示す。
螺旋角度 条数
45[ deg. ] 2,3,4条
60[ deg. ] 1,2,3条
この結果より、螺旋の条数に比例して推進力が向上することが分かる。つまり、螺旋角度が同じカプセル3を比較すると、螺旋の全長に比例して推進力が向上することが分かる。
Consider region A. First, among the
Spiral angle number of lines 45 [deg.] 2, 3, 4 60 [deg.] 1, 2, 3 From this result, it can be seen that the propulsive force is improved in proportion to the number of spirals. That is, when
ここで、カプセル3の螺旋の全長は、下記のように求められる。
ここで、外装円筒形状部分を展開した展開図を図18に示す。
Here, the total length of the spiral of the
Here, FIG. 18 shows a developed view of the outer cylindrical portion.
図18に示す外装円筒形状部分の展開図により螺旋の全長は下記の式で求まる。
螺旋全長=nL/cosθ
また、螺旋の形状より下記の式が求まる。
tanθ=2πr/nD
ここで、推進力に寄与するパラメータは、螺旋の円周方向成分と考えられる。
The total length of the spiral can be obtained by the following equation from the development of the exterior cylindrical portion shown in FIG.
Total helical length = nL / cosθ
Moreover, the following formula is obtained from the shape of the spiral.
tanθ = 2πr / nD
Here, the parameter contributing to the propulsive force is considered to be the circumferential component of the spiral.
このため、推進力は下記の式で算出できる。
推進力=K×螺旋全長×sinθ
=KnLtanθ
=KnL×2πr/nD
=2KπrL/D …(1)
尚、Kは比例定数である。
以上により、推進力は、カプセルの円筒部径、円筒部長さ、螺旋間隔に依存することがわかる。
Therefore, the propulsive force can be calculated by the following formula.
Propulsive force = K x total length of helix x sinθ
= KnLtanθ
= KnL × 2πr / nD
= 2KπrL / D (1)
K is a proportionality constant.
From the above, it can be seen that the propulsive force depends on the diameter of the cylindrical portion of the capsule, the length of the cylindrical portion, and the helical interval.
さらに、この計算結果を測定結果と比較すると図21の領域Aでは、上記式(1)において比例定数K=0.5とした場合と測定結果が非常に良く一致することが分かる。
以上より、螺旋間隔の増大時には、螺旋長さが減少するために推進力が減少することになる。
Furthermore, when this calculation result is compared with the measurement result, it can be seen that in the region A of FIG. 21, the measurement result agrees very well with the case where the proportionality constant K = 0.5 in the above equation (1).
From the above, when the helical interval is increased, the propulsive force is reduced because the helical length is reduced.
次に、領域Bについて考察する。領域Bにおける螺旋間隔の減少時には、生体組織が螺旋の間に入り込めなくなるため、螺旋の効果が十分に発揮できず、推進力が低下するといえる。 Next, the region B will be considered. When the space between the spirals in the region B is decreased, the living tissue cannot enter between the spirals, so that the effect of the spiral cannot be sufficiently exhibited, and the driving force is decreased.
以上の理論付けを元に、螺旋高さ1[mm]のカプセル3においては、螺旋間隔が3〜12[mm]の間であれば、十分に推進力を発生可能であるといえる。
Based on the above theory, it can be said that in the
ここで、さらに、螺旋の高さが変化した場合の螺旋間隔について考察を進める。
螺旋間への生体組織の入り込みを両端支持の梁の自重による撓みに近似する。
ここで、梁は全長に等分布荷重wを受けるスパンlの両端支持ばりである。
Here, further consideration will be given to the helix interval when the height of the helix changes.
The penetration of the living tissue between the spirals is approximated to the bending due to the weight of the beam supported at both ends.
Here, the beam is a beam that supports both ends of the span l that receives the equally distributed load w over its entire length.
この場合、両端支持の梁の自重(等分布荷重w)による中央部分での撓み量は、下記の式で表される。
変位=5w×l4/384E×I
ここで、螺旋高さがk倍になったとき、変位がk倍になるには、
k×変位=5Wl4/384EI
となる。
よって、スパンlは、
l=4√(k×変位/P)
となる。
ここで、
w:等分布荷重
l:梁の幅(スパン)
E:縦弾性係数
I:断面慣性モーメント(断面2次モーメント)
E×I:曲げ剛性
以上により、生体組織の撓みに必要な螺旋間隔Dは、螺旋高さの4乗根に比例することが分かる。
In this case, the amount of deflection at the center portion due to the weight of the beam supported at both ends (equally distributed load w) is expressed by the following equation.
Displacement = 5w × l 4 / 384E × I
Here, when the helix height is k times, the displacement is k times,
k × displacement = 5Wl 4 / 384EI
It becomes.
Thus, span l is
l = 4 √ (k × displacement / P)
It becomes.
here,
w: Uniformly distributed load l: Beam width (span)
E: Longitudinal elastic modulus I: Sectional inertia moment (secondary moment of section)
E × I: Flexural rigidity As described above, it can be seen that the helical interval D necessary for the bending of the living tissue is proportional to the fourth root of the helical height.
よって、螺旋高さがh[mm]のときの、螺旋間隔D[mm]は、下記の範囲となる。
3×4√(h)[mm]<D[mm]<12×4√(h)[mm] …(2)
尚、上記式(2)は、螺旋状突起部12の突起形状によって螺旋間隔Dを用いるか又はこの螺旋間隔Dの代わりに突起部間隔dを用いるか異なる。
Therefore, when the spiral height is h [mm], the spiral interval D [mm] is in the following range.
3 × 4 √ (h) [ mm] <D [mm] <12 × 4 √ (h) [mm] ... (2)
The above formula (2) differs depending on whether the spiral interval D is used or the protrusion interval d is used instead of the spiral interval D depending on the protrusion shape of the
ここで、図22及び図23に示すように螺旋状突起部12の断面が円形状又は楕円形状であれば、互いに隣接する螺旋状突起部12の中心軸間の距離である螺旋間隔Dを用いる。
また、図24に示すように螺旋状突起部12の断面が長方形の角にRをとった形状の場合、生体組織の撓みはRの始点部分より発生するので、螺旋間隔Dの代わりに互いに隣接した螺旋状突起部12の内側から始まる略円又は略楕円の始点間距離である突起部間隔dを用いる。
Here, as shown in FIGS. 22 and 23, when the cross section of the
Further, as shown in FIG. 24, when the cross section of the
この場合、上記式(2)は、螺旋間隔Dの代わりに突起部間隔dを用いて、
3×4√(h)<d<12×4√(h)
を採用する。
In this case, the above formula (2) is obtained by using the protrusion interval d instead of the helical interval D,
3 × 4 √ (h) < d <12 × 4 √ (h)
Is adopted.
この結果、カプセル3は、螺旋状構造部のパラメータを明確化できるので、十分な推進力を得ることが可能となる。
尚、図21の推進力測定結果により、カプセル径がφ11mm近傍(φ9〜φ13mm)で螺旋幅が約1mmのとき、螺旋角度に対する適当な条数の組合せは下記の通りである。
As a result, since the
According to the propulsive force measurement results shown in FIG. 21, when the capsule diameter is around φ11 mm (φ9 to φ13 mm) and the spiral width is about 1 mm, the combinations of the appropriate number of threads with respect to the spiral angle are as follows.
螺旋角度 条数
30[ deg. ] 8条
45[ deg. ] 3又は4条
60[ deg. ] 4又は5条
また、上述した各実施例等を部分的等で組み合わせて構成される実施例等も本発明に属する。
Spiral angle 30 [deg.] 8 45 [deg.] 3 or 4 60 [deg.] 4 or 5
In addition, embodiments configured by partially combining the above-described embodiments and the like also belong to the present invention.
[付記]
(付記項1)
被検体外部から被検体内へ印加するための回転電磁場を発生する回転電磁場発生装置と、
前記被検体の体腔内に挿入する医療装置本体と、
前記医療装置本体に設け、前記回転電磁場発生装置によって発生した回転電磁場に作用する電磁場応答部と、
前記医療装置本体の外表面に設け、前記電磁場応答部によって発生する回転運動を推進力に変換するための螺旋状構造部と、
前記回転電磁場発生装置により発生する前記回転電磁場の状態を連続的に変化させるよう前記回転電磁場発生装置を制御する制御装置と、
前記回転電磁場発生装置により発生する前記回転電磁場の回転方向を、設定した回転量毎に入れ換える特定回転電磁場パターン発生部と、
を具備したことを特徴とする医療装置誘導システム。
[Appendix]
(Additional item 1)
A rotating electromagnetic field generator for generating a rotating electromagnetic field to be applied to the inside of the subject from outside the subject;
A medical device body to be inserted into the body cavity of the subject;
An electromagnetic field response unit that is provided in the medical device body and acts on a rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator;
A helical structure provided on the outer surface of the medical device body for converting rotational motion generated by the electromagnetic field response unit into propulsive force; and
A control device for controlling the rotating electromagnetic field generator so as to continuously change the state of the rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator;
A specific rotating electromagnetic field pattern generating unit that replaces the rotating direction of the rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator for each set rotation amount;
A medical device guidance system comprising:
(付記項2)
前記制御装置は、前記回転電磁界の回転方向、回転位相、電磁界強度、回転周波数の少なくともいずれか1つを制御することを特徴とする付記項1に記載の医療装置誘導システ。
(Appendix 2)
The medical device guidance system according to
(付記項3)
前記医療装置本体がカプセル型医療装置であることを特徴とする付記項1に記載の医療装置誘導システム。
(Additional Item 3)
The medical device guidance system according to
(付記項4)
前記特定回転電磁場パターン発生部が前記入れ換える回転量を設定するための回転量設定部を設けたことを特徴とする付記項1に記載の医療装置誘導システム。
(Appendix 4)
The medical device guidance system according to
(付記項5)
前記回転電磁場発生装置により発生する前記回転電磁場の回転速度を設定するための回転速度設定部を設けたことを特徴とする付記項1に記載の医療装置誘導システム。
(Appendix 5)
The medical device guidance system according to
(付記項6)
被検体の体腔内に挿入し、この体腔内の管腔臓器に対して医療行為を行なうカプセル型医療装置において、
少なくとも進行方向に対称軸を有する回転対称に形成された外装と、
前記外装内に設け、被検体外部から印加される回転電磁場に作用する電磁場応答部と、
前記外装表面に設け、前記電磁場応答部によって発生する回転運動を推進力に変換するための螺旋状構造部と、
を具備し、前記螺旋状構造部が螺旋間隔をD[mm]とし、螺旋高さをh[mm]としたときに
3×4√(h)[mm]<D[mm]<12×4√(h)[mm]
を満たすような形状であることを特徴とするカプセル型医療装置。
(Appendix 6)
In a capsule medical device that is inserted into a body cavity of a subject and performs a medical action on a luminal organ in the body cavity,
An exterior formed at least rotationally symmetric with an axis of symmetry in the direction of travel;
An electromagnetic field response unit that is provided in the exterior and acts on a rotating electromagnetic field applied from outside the subject;
A helical structure portion provided on the exterior surface for converting the rotational motion generated by the electromagnetic field response portion into a propulsive force;
Comprising a said helical structure is a helix spacing as D [mm], the spiral height h [mm] and then 3 × 4 √ when the (h) [mm] <D [mm] <12 × 4 √ (h) [mm]
Capsule-type medical device characterized by satisfying the above requirements.
(付記項7)
前記螺旋状構造部を構成している螺旋状突起部は、軸方向断面が略長方形であって前記管腔臓器に接触する角部が略円又は略楕円型に形成されていることを特徴とする付記項6に記載のカプセル型医療装置。
(Appendix 7)
The helical protrusion constituting the helical structure portion is characterized in that an axial section is substantially rectangular, and a corner portion that contacts the luminal organ is formed in a substantially circular or substantially elliptical shape.
(付記項8)
前記螺旋状構造部の前記螺旋間隔は、互いに隣接した前記螺旋状突起部の内側から始まる略円又は略楕円の始点間距離であることを特徴とする付記項7に記載のカプセル型医療装置。
(Appendix 8)
The capsule medical device according to
(付記項9)
前記螺旋状構造部は、前記進行方向への前記対称軸に対して螺旋角度が40度以上になるように形成したことを特徴とする付記項6〜8に記載のカプセル型医療装置。
(Appendix 9)
The capsule medical device according to any one of
[付記項9の効果]
カプセル医療装置全体の向きを変更するときの操作性が向上する。
[Effect of Supplementary Item 9]
The operability when changing the orientation of the entire capsule medical device is improved.
(付記項10)
前記螺旋状突起部の高さが0.5mm〜3mmであることを特徴とする付記項7〜9に記載のカプセル型医療装置。
(Appendix 10)
The capsule medical device according to any one of
[付記項10の効果]
カプセル医療装置全体の径が大きくなり過ぎず、十分な推力を発生可能である。
[Effect of Additional Item 10]
The diameter of the entire capsule medical device does not become too large, and sufficient thrust can be generated.
(付記項11)
前記外装は、略円筒形状部と径変化部を有し、
前記径変化部に設けた螺旋構造部と、前記略円筒形状部に設けた螺旋構造部とが同じピッチで形成されていることを特徴とする付記項6〜10に記載のカプセル型医療装置。
(Appendix 11)
The exterior has a substantially cylindrical portion and a diameter changing portion,
The capsule medical device according to any one of
[付記項11の効果]
カプセル医療装置の推進力が向上し、ピッチを等しくすることで、製作が容易となる。
[Effect of Additional Item 11]
The propulsive force of the capsule medical device is improved, and the manufacturing is facilitated by equalizing the pitch.
(付記項12)
前記電磁場応答部が前記外装の径方向に磁化された永久磁石であることを特徴とする付記項6〜11に記載のカプセル型医療装置。
(Appendix 12)
The capsule medical device according to any one of
(付記項13)
前記電磁場応答部が、誘電体であることを特徴とする付記項6〜11に記載のカプセル型医療装置。
(Appendix 13)
The capsule medical device according to any one of
(付記項14)
前記カプセル型医療装置は、前記被検体外部に係止可能な可撓性部材を後端部に設けたことを特徴とする付記項6〜12に記載のカプセル型医療装置。
(Appendix 14)
13. The capsule medical device according to any one of
(付記項15)
被検体外部から被検体内へ印加するための回転電磁場を発生する回転電磁場発生装置と、
前記被検体の体腔内に挿入する医療装置本体と、
前記医療装置本体に設け、前記回転電磁場発生装置によって発生した回転電磁場に作用する電磁場応答部と、
前記医療装置本体の外表面に設け、前記電磁場応答部によって発生する回転運動を推進力に変換するための螺旋状構造部と、
前記回転電磁場発生装置を制御してこの前記回転電磁場発生装置により発生する前記回転電磁場の状態を変化させる制御装置と、
を具備し、前記医療装置本体が前進後退を繰り返すことで旋回可能としたことを特徴とする医療装置誘導システム。
(Appendix 15)
A rotating electromagnetic field generator for generating a rotating electromagnetic field to be applied to the inside of the subject from outside the subject;
A medical device body to be inserted into the body cavity of the subject;
An electromagnetic field response unit that is provided in the medical device body and acts on a rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator;
A helical structure provided on the outer surface of the medical device body for converting rotational motion generated by the electromagnetic field response unit into propulsive force; and
A control device for controlling the rotating electromagnetic field generator to change the state of the rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator;
The medical device guiding system is characterized in that the medical device body can be turned by repeating forward and backward movements.
(付記項16)
被検体外部から被検体内へ印加するための回転電磁場を発生する回転電磁場発生装置と、
前記被検体の体腔内に挿入する医療装置本体と、
前記医療装置本体に設け、前記回転電磁場発生装置によって発生した回転電磁場に作用する電磁場応答部と、
前記医療装置本体の外表面に設け、前記電磁場応答部によって発生する回転運動を推進力に変換するための螺旋状構造部と、
前記医療装置本体の動作を操作指示するための操作入力部と、
前記操作入力部の操作指示に基づき、前記回転電磁場発生装置により発生する前記回転電磁場の状態を連続的に変化させるよう前記回転電磁場発生装置を制御する制御装置と、
前記医療装置本体が前進後退を繰り返して旋回動作可能なように、前記回転電磁場発生装置により発生する前記回転電磁場の回転方向を、設定した回転量毎に入れ換える特定回転電磁場パターン発生部と、
を具備したことを特徴とする医療装置誘導システム。
(Appendix 16)
A rotating electromagnetic field generator for generating a rotating electromagnetic field to be applied to the inside of the subject from outside the subject;
A medical device body to be inserted into the body cavity of the subject;
An electromagnetic field response unit that is provided in the medical device body and acts on a rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator;
A helical structure provided on the outer surface of the medical device body for converting rotational motion generated by the electromagnetic field response unit into propulsive force; and
An operation input unit for instructing operation of the medical device body;
A control device for controlling the rotating electromagnetic field generator to continuously change the state of the rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator based on an operation instruction of the operation input unit;
A specific rotating electromagnetic field pattern generating unit that replaces the rotation direction of the rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generating device for each set amount of rotation so that the medical device main body can repeatedly rotate forward and backward.
A medical device guidance system comprising:
本発明の医療装置誘導システムは、推進コントロール性を向上できるので、工業分野のみならず、医療分野において、特に体腔内に挿入され、回転させながら推進させて誘導する場合に適している。 Medical device guiding system of the present invention, it is possible to improve the propulsion control properties, not industry only, in the medical field, in particular inserted into a body cavity, suited for induction propelled while being rotated.
1 カプセル誘導システム
3 カプセル
4 回転電磁場発生装置
5 交流電源装置
6 制御装置
7 表示装置
8 操作入力装置
8a 方向入力装置
8b 速度入力装置
8c モード切換スイッチ
9 位置/方向検出装置
10 設定装置
11 外装容器
12 螺旋状突起部
16 マグネット
18 位置/方向検出用アンテナ
27 制御回路
41 カプセル回転方向パターン発生器
42 モード切換部
代理人 弁理士 伊藤 進
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記被検体の体腔内に挿入する医療装置本体と、
前記医療装置本体に設け、前記回転電磁場発生装置によって発生した回転電磁場に作用する電磁場応答部と、
前記医療装置本体の外表面に設け、前記電磁場応答部によって発生する回転運動を推進力に変換するための螺旋状構造部と、
前記回転電磁場発生装置により発生する前記回転電磁場の状態を連続的に変化させるよう前記回転電磁場発生装置を制御する制御装置と、
前記回転電磁場発生装置により発生する前記回転電磁場の回転方向を、設定した回転角度毎に入れ換える特定回転電磁場パターン発生部と、
を具備したことを特徴とする医療装置誘導システム。 A rotating electromagnetic field generator for generating a rotating electromagnetic field to be applied to the inside of the subject from outside the subject;
A medical device body to be inserted into the body cavity of the subject;
An electromagnetic field response unit that is provided in the medical device body and acts on a rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator;
A helical structure provided on the outer surface of the medical device body for converting rotational motion generated by the electromagnetic field response unit into propulsive force; and
A control device for controlling the rotating electromagnetic field generator so as to continuously change the state of the rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator;
A specific rotating electromagnetic field pattern generator that replaces the rotating direction of the rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator for each set rotation angle;
A medical device guidance system comprising:
を具備したことを特徴とする請求項1に記載の医療装置誘導システム。 Furthermore, a pop-up graphical user interface for inputting data to the setting device;
The medical device guidance system according to claim 1, comprising:
前記被検体の体腔内に挿入する医療装置本体と、
前記医療装置本体に設け、前記回転電磁場発生装置によって発生した回転電磁場に作用する電磁場応答部と、
前記医療装置本体の外表面に設け、前記電磁場応答部によって発生する回転運動を推進力に変換するための螺旋状構造部と、
前記回転電磁場発生装置を制御してこの前記回転電磁場発生装置により発生する前記回転電磁場の状態を変化させる制御装置を具備し、
前記医療装置本体が前進後退を繰り返す旋回モードを有することを特徴とする医療装置誘導システム。 A rotating electromagnetic field generator for generating a rotating electromagnetic field to be applied to the inside of the subject from outside the subject;
A medical device body to be inserted into the body cavity of the subject;
An electromagnetic field response unit that is provided in the medical device body and acts on a rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator;
A helical structure provided on the outer surface of the medical device body for converting rotational motion generated by the electromagnetic field response unit into propulsive force; and
A controller for controlling the rotating electromagnetic field generator to change the state of the rotating electromagnetic field generated by the rotating electromagnetic field generator;
A medical device guidance system, wherein the medical device body has a turning mode in which the medical device body repeats forward and backward movements .
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